Призрак бродит по Европе — призрак грядущих экологических стандартов Euro 4 и Euro 5…
До их вступления в силу еще есть время, но политики торопят события: уже осенью 2006 года будут введены льготы на оплату проезда «сверхэкологичных» грузовиков по немецким автобанам!
И потому все производители европейских грузовиков в срочном порядке доводят свои машины до соответствия этим нормам.
О начале производства тягачей Euro 4/5 заявил и концерн IVECO. Мы познакомились с ними на дорогах Германии.
Отправляясь на знакомство с тягачами IVECO Stralis Euro 4/5, оборудованными системой нейтрализации выхлопных газов SCR — Selective Catalytic Reduction, — я был настроен весьма скептически. И не только потому, что мы на страницах рубрики уже ехидничали по поводу «мочевины в баке» (раствор мочевины необходим для работы SCR).
Дело в том, что недавно к нам в руки попал любопытный документ — описание вышеупомянутой системы, предназначенное для специалистов по сервису одной из «грузовых» компаний (марку грузовиков, по понятным причинам, раскрывать не будем).
Там написано следующее: «К сожалению, мочевина легко кристаллизуется. Капните ее на стол — и она скоро превратится в кристаллическую структуру. Наибольшая опасность кристаллизации мочевины — в распылителе и дозирующем устройстве… Работы по предотвращению кристаллизации продолжаются».
Читаем дальше. «Реагент замерзает при –11°С. Основная проблема — необходимость одновременного подогрева всех узлов, где может происходить замерзание. Стратегия подогрева еще до конца не отработана». И наконец: «К началу производства не будут полностью устранены кристаллизация и утечки в трубках и соединениях».
Ничего себе! Значит, система, с которой я буду знакомиться, — кот в мешке? Или будущее все же за ней — раз пять из семи европейских производителей грузовиков (DAF, IVECO, Mercedes, Renault, Volvo) единогласно решили делать ставку на мочевину? Но почему тогда MAN категорически против, а Scania будет оборудовать системой SCR только самые мощные двигатели?
Кое-что мне удалось выяснить… А пока — давайте познакомимся с самими автомобилями и системой, которая стоит на них.
МОЧЕВИНА, ОНА ЖЕ — ADBLUEИтак, перед вами — тягачи IVECO Stralis, отвечающие перспективным экологическим нормам Euro 4 и Euro 5.
На первый взгляд, они ничем не отличаются от своих серийных собратьев. Но если обойти кабину, справа обнаруживается синяя пластиковая пробка. Открываем ее ключом, вставляем в горловину пистолет…
Да не заправочный! Потому что заливать в эту горловину надо не солярку, а 32,5-процентный раствор мочевины, который называется красивым словом AdBlue (в переводе на русский — что-то вроде «добавь синевы»).
Только не улыбайтесь, прочитав слово «мочевина»: к отходам человеческой деятельности этот продукт не имеет никакого отношения! Конечно, человек тоже выделяет мочевину (всего-то 35 г в сутки), но пополнять бак, так сказать, из собственного источника не рекомендуется: толку от этого не будет. А раствор, о котором идет речь, — химического происхождения. «Мочевина — то же, что и карбамид. Белые кристаллы, температура плавления 132,7°С. Высококонцентрированное азотное удобрение, добавка к кормам жвачных животных. Используется для получения лекарств, как компонент косметических препаратов и т.д.» (Политехнический словарь). Добавим: раствор мочевины бесцветен, слегка пахнет аммиаком и не токсичен. Но — вызывает коррозию.
УРОК ХИМИИ
Вот эту самую мочеви… простите, AdBlue и надо заливать в специальный бак, смонтированный на тягаче. «И куда же добавляется раствор? — поинтересуются читатели. — Прямо в дизтопливо?»
Не угадали: в выхлопную трубу! А из трубы выхлопные газы, «обогащенные» мочевиной, попадают в специальный нейтрализатор. Там происходят следующие химические процессы:
NO+NO2+2NH3 =2N2+3H2O
4NO+O2+4NH3=4N2+6H2O
6NO2+8NH3=7N2+12H20
(NH3 — это аммиак, которым собственно и пахнет раствор.)
В итоге зловредные оксиды азота превращаются в совершенно безвредные азот и водяные пары. Что, собственно, и требовалось доказать.
Правда, для достижения норм Euro 4/5 требуется резко сокращать выброс не только оксидов азота (NОx), но и сажи (PM). Ее ликвидируют путем сжигания в двигателе: другие форсунки (давление впрыска повышено до 2000 бар) и новое электронное управление позволили сделать рабочий процесс более эффективным и «горячим». Правда, бесплатных пирожных не бывает: сам по себе такой двигатель стал более «грязным». Но об этом — чуть позже.
А ЧТО У ВАС НА ВЫХЛОПНОЙ ТРУБЕ?Если говорить о технической стороне вопроса, то система SCR устроена так. Справа за кабиной стоит уже упомянутый бак для мочевины. Серийный — на 60 л, по заказу — 40- или 120-литровый. Интересно, что бак этот не алюминиевый (как у тягача Mercedes Actros, оснащенного аналогичной системой), а пластиковый. Как утверждают ивековцы, такая емкость легче и ни при каких обстоятельствах не вступит в реакцию с AdBlue.
Из бака специальный насос гонит мочевину в довольно крупное дозирующее устройство, расположенное между задними креплениями кабины. Затем отмеренная часть раствора впрыскивается в выхлопной тракт.
А на конце этого тракта стоит нечто вроде здоровенной «грелки» из нержавейки — нейтрализатор, объединенный с глушителем. Нейтрализатор этот — необслуживаемый и практически вечный: по словам разработчиков, он служит столько же, сколько и сам тягач.
Разумеется, система оснащена подогревом (как мы уже писали, мочевина замерзает при
–11°С): в бак встроен «змеевик», соединенный с системой охлаждения двигателя, а тракт между насосом и дозирущим модулем подогревается с помощью электричества.
Есть в системе и два фильтра: один смонтирован на выходе из бака, второй, тонкой очистки, — за насосом.
При этом версия Euro 5 отличается от такого же тягача Euro 4 лишь более крупным нейтрализатором (что внешне абсолютно не заметно) и увеличенным расходом мочевины. Вес всей системы без заправки — около 65 кг.
БАНКИ И БОЧОНКИ«Все это, конечно, интересно, — наверняка скажет внимательный читатель. — А брать-то AdBlue откуда? На заправках мочевина не продается!»
Пока — да (хотя отдельные заправочные станции, торгующие реагентом, уже появляются в Западной Европе). И потому IVECO будет развивать собственную сеть снабжения. Для розничных покупателей предлагаются 10-литровые канистры, для небольших компаний — 1000-литровые емкости, для крупных флотилий — контейнеры на 4000 л. Похоже, именно из такого контейнера и были заправлены новенькие тягачи, на которых мы отправились в путь…
А пока наш конвой «на всех парах» штурмует автобаны и горные шоссе (тест проходил вблизи границ с Австрией и Швейцарией), я перескажу содержание весьма интересной беседы.
Дело в том, что вечером, перед поездкой, мне удалось вдоволь пообщаться с ивековским шеф-конструктором Герхардом Риком. Он много лет подряд работал на фирме MAN (и, между прочим, является одним из «отцов» нынешнего тягача MAN TGA), а теперь возглавил отдел по развитию средних и тяжелых грузовиков IVECO… Стенограмма беседы — перед вами.
КАВЕРЗНЫЕ ВОПРОСЫ ГЕРХАРДУ РИКУАР: Что будет, если мочевина закончится в дороге?
Герхард Рик: У водителя на дисплее появится предупреждающая надпись, но двигателю и системе это не повредит. Правда, выхлоп сразу станет «грязнее».
АР: Насколько?
Г.Р.: Между Euro 1 и Euro 2, если говорить о выбросе оксидов азота. (Ничего себе! — АР.) Но выброс сажи останется на прежнем уровне.
А в 2007 году мы внедрим электронику, ограничивающую крутящий момент при движении без AdBlue. Правда, реагировать она будет не сразу, а только после остановки и повторного запуска двигателя.
АР: Значит, теоретически можно ездить без мочевины — и никто этого не заметит… А если дальнобойщики будут разбавлять AdBlue водой или просто заливать вместо мочевины воду?
Г.Р.: На работу двигателя это никак не повлияет: в выхлопную трубу будет просто впрыскиваться вода… Однако если полиция проверит содержимое бака (интересно, каким образом? — АР), водитель нарвется на неприятности.
АР: Наверняка вы предполагали, что тягачи, оснащенные системой SCR, будут работать не только на территории Западной Европы. Машины крупнейших немецких перевозчиков Willie Betz и Fixemer ходят даже за Урал... Что будет, если тягач с «мочевинным» нейтрализатором заправить плохой соляркой — с высоким содержанием серы?
Г.Р.: Ничего страшного.
В нейтрализаторе используется ванадий, а он, в отличие от платины (которая обычно входит в состав нейтрализаторов), не разрушается от серы. При использовании топлива с содержанием серы до 50 ppm (0,005% — АР) мы гарантируем соблюдение норм Euro 4/5; если серы будет больше — выхлоп будет «грязнее».
АР: Сколько времени нужно системе, чтобы выйти на «рабочий режим» после запуска двигателя?
Г.Р.: В обычном состоянии уровень Euro 4/5 достигается через три минуты после запуска. Если на улице очень холодно — до получаса.
АР: То есть в морозы такие тягачи вначале будут Euro 1 и только потом — Euro 5… Кстати, о холоде: подогрев включается и выключается автоматически?
Г.Р.: Разумеется. Мы испытывали тягачи с SCR зимой в Финляндии, так что мороз — не проблема. Гораздо хуже жара: при +65°С мочевина резко теряет свою эффективность! Мы убедились в этом, смонтировав поначалу бак с AdBlue рядом с горячим глушителем... Теперь они располагаются по разные стороны рамы.
АР: До прихода в компанию IVECO вы были одним из главных разработчиков тягача MAN TGA. Испытывал ли MAN похожую систему?
Г.Р.: Конечно, причем одним из первых в Европе! Но там было решено сделать ставку на более простое решение — рециркуляцию выхлопных газов вкупе с сажевым фильтром. Это действительно позволяет достичь норм Euro 4 — но не Euro 5. Тогда никто не предполагал, что нормы Euro 5 будут утверждены так скоро…
АР: И чем хуже рециркуляция?
Г.Р.: Тем, что при ее наличии быстрее загрязняется масло в двигателе — и сокращаются межсервисные интервалы. У нас же эти интервалы не изменяются.
АР: А будут ли «мочевинной» системой оснащаться развозные грузовики IVEСO?
Г.Р.: Конечно, эта версия появится уже в начале 2006 года...
ПОДСЧИТАЛИ — ПРОСЛЕЗИЛИСЬЧто же касается самой поездки на машинах Euro 4/5, то с точки зрения водителя «сверхзеленые» IVECO ничем не отличаются от нынешних — Euro 3. Мощностные характеристики точно такие же, комфорт такой же... И только расходы на эксплуатацию разительно отличаются!
«Нам сообщили, что ты переписываешь данные о расходе топлива с дисплеев тягачей, — всполошились ивековские менеджеры, когда мы остановились на заправке в середине пути. — Но эти цифры некорректны! Мы едем с частыми остановками, а за время, прошедшее с момента последнего сброса расходомеров «на ноль», этими тягачами управляло немало людей, причем с разной квалификацией».
Допустим. Но цифры, которые я записал, вполне реальны для нас! Я не думаю, что в российских условиях (тем более в плохую погоду) расход будет намного меньше…
Итак, средний расход топлива машин, которые мы водили, — от 38,5 до 41 л/100 км. (Двигатели — 430 и 480 л.с., полная масса — 40 т, половина маршрута — узкие шоссе с затяжными подъемами.)
Так вот. По заявлению фирмы, расход мочевины равен 4—5% от расхода топлива для версий Euro 4 и «несколько выше» для Euro 5. Значит, у нас вылетало в трубу — в прямом смысле этого слова! — примерно 2 л мочевины на каждую сотню километров пробега. Если пересчитать на деньги — 1,3 евро/100 км (литр AdBlue стоит 60—68 евроцентов).
Значит, при годовом пробеге тягача в 150 тысяч км за мочевину придется выложить около 2000 евро! А если у перевозчика не одна, а двадцать машин?
Не слишком ли дорогой получается плата за экологию?! К тому же такие версии дороже сами по себе: Euro 4 — на 5000 евро, Еuro 5 — на 6500 евро.
БРАТЬ ИЛИ НЕ БРАТЬ?Так стоит ли нашим перевозчикам уже сегодня покупать такой тягач? Мы бы не советовали... Потому что головной боли (перечитайте еще раз наше интервью!) и лишних расходов — полным-полно. А особой выгоды пока не видно.
Ведь даже когда в Европе будут окончательно приняты нормы Euro 4 и Euro 5 (это произойдет в 2007 и 2010 годах), еще долго можно будет пересекать границы стран ЕС на менее «зеленых» тягачах…
А вот немецкие транспортники уже присматриваются к новинке. Дело в том, что с октября 2006 года владельцы машин Euro 4/5 получат скидку на оплату проезда по автобанам в Германии: два цента с километра (стоимость километра — 10—14 центов). При постоянных пробегах по этим автобанам расходы на мочевину окупятся с лихвой — и даже еще останется.
Кстати, нечто похожее собираются предпринять и другие страны. В Австрии только водителям машин Euro 4/5 будет разрешено движение ночью по автобану А13; в Нидерландах и Испании покупателям подобных тягачей будут предоставляться льготы…
Что касается компании IVECO, то выпуск «сверхзеленых» тягачей начнется через несколько месяцев. Пока у фирмы есть заказы на 300 машин.
* * *
Такая вот «история с мочевиной». Одно только непонятно: что дает подобная забота об экологии, если резкое увеличение производства мочевины (а это, как ни крути, химикат) и всех компонентов системы (нейтрализаторов, заправочных колонок и т.д.) автоматически повлечет за собой увеличение заводских отходов и выбросов в атмосферу?
Но этот вопрос — уже не к «грузовым» конструкторам, а к политикам и производителям мочевины. Которые, собственно, и заварили всю эту кашу.
P. S. А нельзя ли достичь норм Euro 4/5 безо всяких систем нейтрализации, путем одной лишь настройки двигателей и топливной аппаратуры? Ответ однозначен: увы, нет. Все дело в конфликте между оксидами азота и частицами сажи: как только во время рабочего процесса уменьшается выброс одного, начинает расти содержание в выхлопе другого… И наоборот.
Впрочем, есть и решение, альтернативное «мочевинной» системе, — его применяют Scania и MAN. Подробности — ниже.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ НОРМЫ: ЧТО ДАЛЬШЕ?По прогнозам, в 2012—2013 годах будут введены нормы Euro 6 — а значит, двигателестроителям придется искать новые способы снижения токсичности при сохранении прежних характеристик.
Например, в Центре разработки двигателей IVECO, где мы побывали, я увидел уникальный турбокомпрессор — со встроенным электрическим мотор-генератором! На малых оборотах этот моторчик помогает раскрутить турбину — и тем самым улучшает приемистость. А при движении с постоянной скоростью «электротурбина» переходит в режим генератора — и тем самым позволяет сэкономить до 2% топлива.
Уже проходит испытания 13-литровый двигатель Cursor с впрыском common rail — причем не просто под высоким, а под очень высоким давлением (2500 бар).
Наверняка будет усовершенствована камера сгорания; идет работа над многоступенчатым впрыском (до пяти «мини-впрысков» за цикл)...
А в систему выхлопа придется встраивать еще и сажевый фильтр. Интересно, что швейцарские муниципалитеты уже сегодня требуют в обязательном порядке оборудовать такими фильтрами городские автобусы — вне зависимости от того, каким нормам они соответствуют.
Все это, разумеется, требует инвестиций — причем гигантских. И потому можно даже и не мечтать о том, что в нашей стране в обозримом будущем будут введены подобные экологические стандарты. Какие уж там нормы Euro 5, если наши моторы, по паспорту отвечающие нормам Euro 2, так дымят при запуске, что хоть святых выноси…
Альтернативная нейтрализацияКак уже говорилось в предыдущей статье, только два европейских производителя грузовиков — Scania и MAN — объявили о том, что их машины будут отвечать нормам Euro 4 без применения «мочевинной» системы SCR. Ставка делается на рециркуляцию выхлопных газов (EGR, Exaust Gas Recirculation), причем мановцы устанавливают еще и сажевый фильтр (РМ-КАТ, нейтрализатор твердых частиц).
Нам удалось пообщаться с одним из идеологов «альтернативного» проекта — главным конструктором фирмы MAN Nutzfahrzeuge, доктором Пахтой фон Рейхофеном.
АР: Похоже, забота об экологии все больше превращается в гонку производителей грузовиков за выполнение новых норм. Euro 4, Euro 5, еще немного — и Euro 6… Что вы думаете по этому поводу?
Пахта фон Рейхофен: Что все это — идиотизм! Хорошо, мы будем снижать токсичность выхлопа до бесконечности, применяя все более хитрые технологии. Но природе-то что от этого? Ведь разница в уровнях выброса Euro 4 и Euro 5 — минимальна.
Все это нужно не экологам, а политикам — чтобы, например, увеличить сборы с машин, не отвечающих новым нормам. Лучше бы эти политики построили новые автобаны… А то вся Германия задыхается в пробках!
И как, интересно, можно будет проконтролировать на дороге, действительно ли грузовик отвечает нормам Euro 4/5? Таких приборов еще не изобрели!
АР: Но решение, которое предлагает MAN — рециркуляция выхлопных газов вкупе с сажевым фильтром, — годится только для норм Euro 4. А если уже сейчас вам придется продавать тягачи Euro 5?
П.Р.: Мы оснастим их все той же «мочевинной» системой SCR, что применяют наши конкуренты. Но это будет временным решением: мы ни в коем случае не утверждаем, что будем делать ставку на мочевину! И то, что наш новый развозной грузовик TGL никогда не будет оснащаться «мочевинной» системой, — это точно.
АР: А как достичь альтернативным путем норм Euro 5?
П.Р.: Будем думать. Я уверен, что есть решение, хотя мы еще никогда не оказывались в столь сложной ситуации… Например, можно повысить эффективность рециркуляции выхлопных газов на 5% — но тогда мотор станет еще более «горячим». Хватит ли эффективности системы охлаждения? И как изменится расход топлива? Впрочем, время еще есть — и мы будем работать над конструкцией самих двигателей.
А то, что делают конкуренты — берут нынешние двигатели, «нахлобучивают» на выхлопную трубу систему SCR и говорят: «А вот и Euro 5!», — это слишком уж примитивный путь…
На наших иллюстрациях — тот самый сажевый фильтр (РМ-КАТ), позволяющий грузовикам MAN достичь норм Euro 4 без применения «мочевинной» нейтрализации. Правда, он эффективен только вкупе с двигателем, оснащенным системой рециркуляции выхлопных газов (EGR): рециркуляция позволяет убрать из выхлопа оксиды азота, а фильтр — сажу. Поэтому такими фильтрами будут оснащаться машины с новыми двигателями D20 и D08.
Новинка будет запущена в серию весной 2006 года: сначала РМ-КАТ появится на тяжелых грузовиках TGA, затем на легких TGL и средних TGM, а позже — и на автобусах с моторами MAN.
Кроме того, инженерами фирмы разработан комплект, позволяющий оборудовать новым нейтрализатором ранее выпущенные машины с такими же двигателями. В зависимости от модели грузовика комплект будет стоить от 3000 до 5000 евро. Надежность системы уже проверена испытаниями: опытные грузовики, оснащенные такими фильтрами, «накатали» в общей сложности свыше 250 млн км! Кстати, по утверждению фирмы, этот фильтр не требует обслуживания: оседающая сажа сгорает в потоке горячих газов.
Есть лишь одно «но»: подобная система не позволяет достичь норм Euro 5.
Один взгляд назадЗнаете ли вы, что в Советском Союзе автомобильные нейтрализаторы появились более полувека назад? Никаких шуток! Еще в 1949—1951 годах институты НИИОГАЗ и НАМИ сконструировали опытные устройства, которые снижали количество окиси углерода на автомобилях Москвич-400 и ЗИС-150. Позже, в шестидесятых, были изготовлены нейтрализаторы для машин ГАЗ-51, ЗИЛ-164, Победа и Москвич-407.
Но, поскольку карбюраторы того времени не могли обеспечить стабильное качество смеси, несгоревший бензин воспламенялся в раскаленном нейтрализаторе и, разумеется, выводил его из строя.
А вот «дизельные» нейтрализаторы, созданные в пятидесятых, оказались более удачными: ими даже оснащалась техника, которая работала в карьерах и подземных выработках (там чистота выхлопа особенно важна). Конечно, нейтрализаторы для тогдашних самосвалов МАЗ-205, МАЗ-525 и ЯАЗ-222 сильно отличались от сегодняшних...
Например, громоздкий жидкостный нейтрализатор НТЖ-2 требовал для работы добрую сотню литров содового раствора! (Через баки, в которых он плескался, и проходили выхлопные газы.) Раствор приходилось ежедневно сливать, промывая систему водой... Более того, такой нейтрализатор не мог работать непрерывно. Поэтому водитель включал систему только под землей, а «на улице» с помощью заслонки направлял выхлоп мимо нейтрализатора.
Более совершенным был термический нейтрализатор: здесь выхлопные газы проходили через пламя горелки, работавшей на солярке. В этом пламени вместе с литрами дизтоплива сгорали практически все вредные примеси (кроме окислов азота). Но недостатки были и здесь: при работе корпус раскалялся — и приходилось использовать жаропрочную легированную сталь. Кроме того, горелка ревела не хуже, чем тогдашние дизели (85 дБ при 2000 об/мин)!
А работы по созданию каталитического нейтрализатора для дизелей тогда находились лишь в стадии экспериментов. Слишком несовершенны были технологии — да и масло, вылетающее вместе с выхлопом, быстро приводило устройство в негодность.
ОТСЮДА
